Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Effiziente Emissionsabsaugung und Bauteilreinigung für die großflächige Laser-Remote-Bearbeitung mit Hochleistungslasern

Laser-Remote-Bearbeitungssysteme ermöglichen flexibel Bearbeitungsprozesse wie Schneiden, Schweißen oder Abtragen mit einer einheitlichen Systemtechnik für unterschiedliche Werkstoffe. Sinkende Investitionskosten vor allem aufgrund der Verfügbarkeit brillanter Laserstrahlquellen zu geringen Kosten machen diese Technologie für KMU immer attraktiver. Einsatzvorbehalte begründen sich im fehlenden Verständnis zu Systemauslegung und Prozess vor allem hinsichtlich Umwelt- und Arbeitsschutz, da hierbei nicht wie bei anderen Prozessen direkt an der Wirkstelle abgesaugt werden kann, sondern die Bearbeitungs-Emissionen im gesamten Arbeitsraum entstehen.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung von Basiswissen zur sicheren UND flexiblen Laser-Remote-Bearbeitung. Die laserprozessseitig gegebene Systemflexibilität erfordert neben dem Aufbau eines allgemeingültigen Prozessverständnisses daher die Entwicklung flexibler Gaszufuhr- und Absauglösungen bis hin zu integrierten Konzepten für eine nachgelagerte Bauteilreinigung. Basierend auf einem experimentell validierten fluiddynamischen Modell der Strömung der Prozessemissionen werden Auslegungskonzepte für eine effiziente Gaszufuhr und Absaugung sowie ein modulares Filterkonzept mit langen Standzeiten entwickelt. Abschließend erfolgt der Nachweis der Absaug- und Reinigungseffizienz an zwei prozessseitig konträren Anwendungsfällen. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden in einem digitalen Daten-Portal als interaktives Planungstool zusammengefasst, das eine Systemauslegung für die von den KMU gewünschten Prozessen ermöglicht.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben „CleanRemote“ wurde Basiswissen zur sicheren und flexiblen Laser-Remote-Bearbeitung erarbeitet. So konnten Einsatzvorbehalte von KMU basierend auf einem unzureichenden Verständnis zu Systemauslegung und Prozess vor allem hinsichtlich Umwelt- und Arbeitsschutz deutlich abgebaut werden.

Am Beispiel eines Laser-Abtrag-Prozesses mit kontinuierlich arbeitenden, brillanten Hochleistungs-Laserstrahlquellen in Kombination mit schnellen Großfeldscannern konnten geeignete Maßnahmen zur Minimierung der durch Prozessemissionen entstehenden Arbeits- und Gesundheitsschutz – Risiken erarbeitet werden. Hierzu wurde ein Remote – Versuchsstand aufgebaut und in Betrieb genommen, der sowohl einen industrienahen Laserprozess als auch eine In-situ Messung der entstehenden Emissionen ermöglicht. Es erfolgten die Grundsatzuntersuchungen sowohl an metallischen Werkstoffen als auch an einem gängigen Vertreter der Faserverbundwerkstoffe (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff mit Epoxidharzmatrix: CFK-EP). Nach einer Prozessoptimierung wurden die während des Laserabtrages entstehenden Ab-Produkte messtechnisch hinsichtlich Zusammensetzung und Partikelgrößenverteilung analysiert. Diese Ergebnisse dienten dabei als Eingangsgrößen für den Aufbau eines Strömungssimulationsmodells zur Verbesserung der Absaugeffizienz während des Prozesses. Zur Entfernung von möglichen prozessbedingten Restverschmutzungen auf dem Bauteil wurden außerdem verschiedene Reinigungsverfahren hinsichtlich Qualität und Integrierbarkeit in die Bearbeitungsanlage bewertet. Die Ergebnisse der durchgeführten, aufeinander aufbauenden Arbeitsschwerpunkte wurden in einem DVS – Merkblatt zusammengefasst und bieten insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen die Möglichkeit, sowohl die Anlageneffizienz und Wirtschaftlichkeit ihrer Prozesse zu verbessern als auch die Auflagen für Umwelt- und Gesundheitsschutz zu erfüllen.